Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien bzw. nichtinvasiven Messung einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes auftretenden Temperaturänderung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine von dem Verfahren und der Vorrichtung Gebrauch machende Einrichtung zur Behandlung eines Lebewesens mit einer zumindest einen inneren Bereich des Körpers des Lebewesens erwärmenden Strahlung.The invention relates to a method for non-destructiveor non-invasive measurement of one between twothe following times inside in particularliving object occurring temperature change, aDevice for performing the method and one ofuse the method and the devicedirection for the treatment of a living being with aat least one inner area of the living being's bodywarming radiation.
In der Technik tritt unter den unterschiedlichsten Umständen das Bedürfnis auf, zerstörungsfrei Temperaturänderungen, insbesondere die aus einer Erwärmung resultierende Temperaturerhöhung, im Inneren eines Objektes messen zu können, d. h. ohne daß eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Temperaturmeßsonde in dem zu untersuchenden Bereich angebracht wird, wozu es in der Regel nämlich erforderlich ist, das zu untersuchende Objekt zu verändern, beispielsweise Bohrungen od. dgl. für die Temperaturmeßsonde vorzusehen. Auch in der Medizin tritt ein vergleichbares Problem auf, da es hier häufig wichtig wäre, die im Inneren des Körpers eines lebenden Objektes, nämlich eines Patienten, vorliegende Temperatur messen zu können, ohne daß invasive Maßnahmen, wie die Einbringung einer Temperaturmeßsonde, erforderlich sind. Von besonderem Interesse wäre ein solches Verfahren in Verbindung mit der therapeutischen Anwendung von erwärmender Strahlung, z. B. Mikrowellen oder fokussierter Ultra schall hoher Intensität, wo Tumorgewebe oder andere pathologische Gewebezonen gezielt erwärmt werden, um das erwärmte Gewebe zum Absterben zu bringen, und in Verbindung mit Einrichtungen zur Durchführung derartiger Therapien.In technology occurs under the most diverse orderthe need arises, non-destructive temperatureChanges, especially those resulting from warmingtemperature increase inside an objectto be able to measure, d. H. without one the respective Ertemperature probe adapted to the requirementsinvestigating area is attached, which is why in theRule namely, what is to be examined is requiredTo change object, for example holes or the like forto provide the temperature probe. Even in medicineA similar problem occurs because it is common herewould be important to live inside the body of aObject, namely a patient, present temperatureto be able to measure without invasive measures such asInstallation of a temperature probe are required.Such a procedure would be of particular interest inConnection with the therapeutic application of warmingthe radiation, e.g. B. microwaves or focused ultra sonic high intensity where tumor tissue or other pathological tissue zones are specifically heated around which hewarmed tissues to die, and connectedwith facilities for carrying out such therapies.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien bzw. nichtinvasiven Messung einer Temperaturänderung im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie eine von dem Verfahren und der Vorrichtung Gebrauch machende Einrichtung zur Behandlung eines Lebewesens anzugeben.The invention is therefore based on the object, a Verdrive to non-destructive or non-invasive measurementa temperature change inside a particularliving object, a device for carrying it outthis procedure as well as one of the procedure and theDevice using device for treatmentof a living being.
Nach der Erfindung wird der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur zerstörungsfreien bzw. nichtinvasiven Messung einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auftretenden Temperaturänderung im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes mit folgenden Verfahrensschritten:According to the invention, the part relating to the methodThe task is solved by a method of destructionfree or non-invasive measurement of one between twosuccessive times occurring temperaturechange inside a living object in particularwith the following process steps:
Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß praktisch alle Stoffe eine sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändernde akustische Impedanz aufweisen. Die akustische Impedanz entspricht dem Produkt aus der Dichte des jeweiligen Stoffes und der in diesem vorliegenden Schallgeschwindigkeit. Für menschliches Gewebe gilt für den besonders interessierenden Temperaturbereich von etwa 35 bis 50°C beispielsweise, daß die Schallgeschwindigkeit um ca. 0,08%/°C zu- und die Dichte um ca. 0,04%/°C abnimmt. Hieraus resultiert eine Änderung der akustischen Impedanz von 0,04%/°C. Es ist also möglich, aus der akustischen Impedanz des zu untersuchenden Bereiches entsprechende temperaturbezogene Daten zu ermitteln. Der Begriff "Daten" ist dabei nicht so zu verstehen, daß die temperaturbezogenen Daten notwendigerweise in Form digitaler Daten vorliegen müssen. Es kann sich hierbei vielmehr auch um analoge Signale handeln. Anhand der zu den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gehörigen temperaturbezogenen Daten kann dann die zwischen den Zeitpunkten in dem zu untersuchenden Bereich aufgetretene Temperaturänderung ermittelt bzw. das Auftreten einer Temperaturänderung, insbesondere einer Temperaturerhöhung, festgestellt werden.The invention takes advantage of the fact that virtually allSubstances differ depending on the temperaturehave changing acoustic impedance. The acousticImpedance corresponds to the product of the density of eachcurrent material and the sound in this presentdizziness. For human tissue applies to the beparticularly interesting temperature range from about 35 to50 ° C, for example, that the speed of sound by approx.0.08% / ° C increases and the density decreases by approx. 0.04% / ° C.This results in a change in the acoustic impedanceof 0.04% / ° C. So it is possible from the acousticCorresponding impedance of the area to be examinedto determine temperature-related data. The term "data"It is not to be understood that the temperature-relatedNecessary data in the form of digital datamust lie. Rather, it can also be aboutact analog signals. Based on each otherfollowing temperature-related datacan then be between the times in the underSearching area occurred temperature changeaverages or the occurrence of a temperature change, insparticular an increase in temperaturebecome.
Methoden zur zerstörungsfreien bzw. nichtinvasiven Messung der im Inneren eines Objektes vorliegenden akustischen Impedanz sind aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und der medizinischen Ultraschall-Bildgebung an sich bekannt. Gemäß einer Variante der Erfindung ist demnach vorgesehen, daß jeweils die Einstrahlung der Wellenform und der Empfang der entsprechenden Echosignale derart erfolgt, daß ein Ultraschallbild des zu untersuchenden Bereiches erzeugt wird, und daß zur Messung der zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt auftretenden Temperaturänderung ein Differenzbild der zu diesen Zeitpunkten gehörigen Ultraschallbilder gebildet wird, aus dem für den zu untersuchenden Bereich die Temperaturänderung ermittelt wird. Dies bietet den Vorteil, daß in dem Ultraschallbild eine eindeutige Identifizierung des zu untersuchenden Bereiches möglich ist, so daß eine hohe Ortsauflösung der Messung erzielbar ist. Übrigens muß die Differenzbildung nicht für die Ultraschallbilder in ihrer Gesamtheit durchgeführt werden. Es genügt vielmehr, dies für den zu untersuchenden Bereich (sog. region of interest, abgekürzt ROI) durchzuführen. Vorzugsweise wird als Ultraschallbild gemäß einer Variante der Erfindung jeweils ein Ultraschall-Schnittbild, z. B. Ultraschall-B-Bild, erzeugt.Methods for non-destructive or non-invasive measurementthe acoustic present inside an objectImpedance are from non-destructive material testingand medical ultrasound imaging itselfknows. According to a variant of the invention is accordinglyseen that the radiation of the waveform andthe corresponding echo signals are received in such a waythat an ultrasound image of the area to be examinedis generated, and that to measure the between the firstand the second temperature change occurringa difference picture of those belonging to these timesUltrasound images are formed, from which to undersearching area the temperature change is determined.This offers the advantage that aclear identification of the area to be examinedis possible, so that a high spatial resolution of the measurementis achievable. By the way, the difference does not have to be forthe ultrasound images are performed in their entiretybecome. Rather, it is sufficient for the person to be examinedArea (so-called region of interest, abbreviated ROI) byrespectively. Is preferably used as an ultrasound imagea variant of the invention each an ultrasoundSectional view, e.g. B. Ultrasound B-image generated.
Die Lokalisierung einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auftretenden Temperaturänderung eines zu erwärmenden Bereiches im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes erfolgt nach der Erfindung mit folgenden Verfahrensschritten:The localization of one between two consecutive onesAt times occurring temperature change to a hewarming area inside a living area in particularObject takes place according to the invention with the following Verdriving steps:
Es ist also möglich, festzustellen, ob eine Erwärmung tatsächlich innerhalb des zu erwärmenden Bereiches erfolgte. Dies bist insbesondere bei medizinischen Anwendungen wesentlich, da Erwärmungen außerhalb des zu erwärmenden Bereiches zu Schädigungen gesunden Gewebes führen können. Die Einstrahlung und der Empfang der Wellenform können gemäß einer Variante der Erfindung wieder in der Weise erfolgen, daß zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt gehörige Ultraschallbilder erzeugt und ein Differenzbild gebildet wird. Aus diesem wird der Ort einer eventuellen Temperaturänderung ermittelt.So it is possible to determine if a warming didactually took place within the area to be heated.This is particularly the case with medical applicationsessential as warming outside of the to be warmedArea can lead to damage to healthy tissue.The radiation and the reception of the waveform canaccording to a variant of the invention again in the way hefollow that at the first and second timesgenerates sound ultrasound images and a difference imageis formed. From this the place of a possibleTemperature change determined.
Der die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betreffende Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine derartige Vorrichtung, welcheThe be the device for performing the methodrelevant part of the task is solved according to the inventionby such a device, which
Auf diese Weise ist mit hoher Genauigkeit die Ermittlung von zwischen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten aufgetretenen Temperaturänderungen möglich, indem zu den maßgeblichen Zeitpunkten Ultraschallbilder angefertigt werden. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn die zur Bildung des Differenzbildes erforderliche Zeit länger als die zur Erzeugung eines Ultraschallbildes erforderliche Zeit ist und eine kontinuierliche Beobachtung des zu untersuchenden Bereiches mittels der Ultraschall-Abbildungseinrichtung erwünscht ist, kann es zweckmäßig sein, einen weiteren Bildspeicher für das zeitlich nachfolgende Ultraschallbild vorzusehen.In this way, the determination is made with high accuracyof occurred between successive timespossible temperature changes by referring to the relevantultrasound images can be taken at times.In certain cases, such as when it comes to educationof the difference image longer than that forIt takes time to generate an ultrasound imageand continuous observation of what is being examinedArea by means of the ultrasound imaging deviceif desired, it may be appropriate to add anotherImage memory for the subsequent ultrasound imageto provide.
Wenn gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung die Ultraschall-Abbildungseinrichtung Schnittbilder, insbesondere Ultraschall-B-Bilder, erzeugt, kann in vorteilhafter Weise als Ultraschall-Abbildungseinrichtung ein handelsübliches diagnostisches Ultraschallgerät verwendet werden, das lediglich dahingehend modifiziert werden muß, daß Auswertemittel, gegebenenfalls (ein) Bildspeicher, sowie ein Subtrahierer vorhanden sind.If according to a preferred variant of the inventionUltrasound imaging device sectional images, espSpecial ultrasound B-images generated can be advantageousway as an ultrasound imaging device commercially available diagnostic ultrasound device usedthat only needs to be modified tothat evaluation means, possibly (an) image memory, solike a subtractor are present.
Eine Vorrichtung, mittels derer die Lokalisierung einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten auftretenden Temperaturänderung eines zu erwärmenden Bereiches im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes möglich ist, weist auf:A device by means of which the localization of aoccur between two successive points in timethe change in temperature of an area to be heated in theInside of a living object in particular is possible,indicates:
Gemäß einer Variante der Erfindung sind Markierungsmittel zur Markierung eines zu erwärmenden Bereiches in einem Ultraschallbild vorgesehen, wobei die Auswertemittel feststellen, ob der Ort einer ermittelten Temperaturänderung innerhalb des zu erwärmenden Bereiches liegt. Der Ort einer Temperaturänderung läßt sich also in dem Ultraschallbild unmittelbar feststellen. Insbesondere läßt sich eindeutig feststellen, ob die Erwärmung tatsächlich innerhalb des zu erwärmenden Bereiches erfolgte. Es können weiter Markierungsmittel zur Markierung eines einen eventuell markierten zu erwärmenden Bereich zumindest teilweise enthaltenden zu untersuchenden Bereiches in dem Ultraschallbild vorgesehen sein, wobei dann die Auswertemittel Temperaturänderungen nur innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ermitteln. Auf diese Weise kann der Aufwand, der zur Ermittlung der Temperaturänderung und des Ortes der Temperatur getrieben werden muß, deutlich reduziert werden, da nur ein eingeschränkter Bereich berücksichtigt werden muß.According to a variant of the invention there are marking meansto mark an area to be heated in oneUltrasound image provided, the evaluation means fixedask whether the location of a determined temperature changelies within the area to be heated. The placea temperature change can be seen in the Ultradetermine the sound pattern immediately. In particular,clearly determine whether the warming is actually internalhalf of the area to be heated. It can further marking means for marking an evenpartially marked area to be heatedarea to be examined in theUltrasound image may be provided, with the evaluations thenmedium temperature changes only within the too belowsearch area. In this way, theEffort to determine the temperature change and thePlace of temperature must be driven, significantly reducedbe decorated because only a restricted area is coveredmust be viewed.
Der die eine Einrichtung zur Behandlung eines Lebewesens mit einem zumindest einen inneren Bereich des Körpers des Lebewesens erwärmenden Strahlung betreffende Aufgabenteil wird durch eine derartige Einrichtung gelöst, die eine Strahlungsquelle und eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art aufweist, deren Ultraschall-Abbildungseinrichtung den zu erwärmenden, mit der Strahlung beaufschlagten Bereich des Körpers des Lebewesens zumindest teilweise abbildet und deren Auswertemittel aus zeitlich aufeinanderfolgenden Ultraschallbildern den Zeitpunkten der Ultraschall-Bilderzeugung jeweils zugeordnete temperaturbezogene Daten ermitteln. Es ist so auf vorteilhafte Weise möglich, zugleich mit der Ermittlung der temperaturbezogenen Daten bezüglich des zu untersuchenden Bereiches eine Ortung des zu erwärmenden Bereiches mittels der Ultraschall-Abbildungseinrichtung in an sich bekannter Weise vorzunehmen, da der zu untersuchende und der zu erwärmende Bereich zumindest teilweise identisch sind.The one facility for the treatment of a living beingwith at least one inner area of the body of theTask relating to living warming radiationis solved by such a device, the oneRadiation source and a device of the previously describedbenen type, the ultrasound imaging devicethe radiation to be heatedArea of the body of the living being at least partiallymaps and their evaluation means from one another in timethe following ultrasound images the times of the ultrasound imaging each assigned temperatureDetermine drawn data. It is so beneficialpossible, at the same time as determining the temperaturepulled data regarding the area to be examineda location of the area to be heated using theUltrasound imaging device in a known per seWay, since the one to be examined and the one towarming area are at least partially identical.
Als Strahlungsquelle ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine in einem Fokus zusammenlaufende Ultraschallwellen erzeugende Ultraschallquelle vorgesehen, wobei die Ultraschall-Abbildungseinrichtung unter anderem auch den Fokus der Ultraschallwellen abbildet.According to a preferred embodiment, the radiation source isan ultra converging in one focusprovided ultrasonic source generating sound waves wherein the ultrasound imaging device among othersalso depicts the focus of the ultrasonic waves.
Aus den bereits erläuterten Gründen ermitteln die Auswertemittel die temperaturbezogenen Daten vorzugsweise in Form von zwischen Zeitpunkten der Erzeugung der entsprechenden Ultraschallbilder erfolgten Temperaturänderungen.Determine the off for the reasons already explainedthe temperature-related data preferably inForm of between times of generation of the corre spondingtemperature changes.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß ein die temperaturbezogenen Daten repräsentierendes Ausgangssignal der Auswertemittel einer Steuereinrichtung zugeführt ist, die bei Überschreiten einer vorwählbaren Temperaturänderung die Erzeugung der Strahlung unterbindet bzw. die von der Strahlungsquelle abgegebene Strahlungsleistung derart regelt, daß zunächst eine Temperaturerhöhung um einen vorwählbaren Temperaturbetrag erfolgt, anschließend über einen vorwählbaren Zeitraum keine Temperaturänderung erfolgt und am Ende des vorwählbaren Zeitraumes die Erzeugung der Strahlung unterbindet. Auf diese Weise ist die Sicherheit des zu behandelnden Lebewesens gewährleistet, da unerwünschte bzw. unerwünscht lange andauernde Erwärmung ausgeschlossen ist.Preferred embodiments of the invention provide thatan off representing the temperature-related datainput signal of the evaluation means to a control deviceis led, which is exceeded when a preselectable temtemperature change prevents the generation of radiationor the radiation emitted by the radiation sourceperformance regulates in such a way that a temperatureincrease by a preselectable amount of temperature,then no temp. for a pre-selectable periodtemperature change takes place and at the end of the preselectablePeriod prevents the generation of radiation. Onthis is the safety of the life to be treatedguaranteed because undesirable or undesirablelong-lasting warming is excluded.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß Mittel zum Markieren eines zu behandelnden Bereiches vorgesehen sind, der zumindest teilweise innerhalb des zu untersuchenden Bereiches liegt, und daß ein die Temperatur bezogenen Daten repräsentierendes Ausgangssignal der Auswertemittel einer Steuereinrichtung zugeführt ist, die die Daten bezüglich des außerhalb des zu behandelnden Bereiches liegenden Teiles des zu untersuchenden Bereiches mit einem Schwellwert vergleicht und bei Überschreitung des Schwellwertes die Abgabe von erwärmender Strahlung unterbindet. Auf diese Weise läßt sich bei geeigneter Wahl des Schwellwertes sicherstellen, daß Erwärmungen außerhalb des zu behandelnden Bereiches so frühzeitig erkannt werden können, daß Schädigungen ausgeschlossen sind. Schädigungen lassen sich mit nochmals größerer Sicherheit vermeiden, wenn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ultraschallbildern die erwärmende Strahlung jeweils mit einer ausgehend von einem Anfangswert auf einen Endwert kontinuierlich ansteigenden Intensität abgestrahlt wird, da dann eine außerhalb des zu behandelnden Bereiches auftretende Erwärmung bereits so frühzeitig erkannt werden kann, daß die Intensität der erwärmenden Strahlung noch nicht ausreicht, um Schädigungen hervorzurufen.Another embodiment of the invention provides thatMeans for marking an area to be treatedare seen, at least partially within theinvestigating area, and that the temperaturerelated data representative output signal ofEvaluation means is supplied to a control devicethe data regarding the outside of the to be treatedArea lying part of the area to be examinedcompared with a threshold value and when exceededthe emission of warming radiation of the threshold valueprevents. In this way, with a suitable choiceof the threshold value ensure that warming outsideof the area to be treated can be recognized earlycan that damage is excluded. Damagecan be avoided with even greater certainty, if between two successive ultrasound imagesthe heating radiation each with a starting fromcontinuously increase from an initial value to an end valueradiant intensity is emitted, since then an outsideof the area to be treatedcan already be recognized so early that the intensithe warming radiation is not sufficient toCause damage.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß Mittel zum Markieren eines zu behandelnden Bereiches vorgesehen sind, der zumindest teilweise innerhalb des zu untersuchenden Bereiches liegt, und daß ein die temperaturbezogenen Daten repräsentierendes Ausgangssignal der Auswertemittel einer Steuereinrichtung zugeführt ist, die jeweils nach Erzeugung eines ersten Ultraschallbildes die Strahlungsquelle zur Abgabe von Strahlung einer derart verminderten Intensität ansteuert, daß zwar eine erfaßbare Temperaturänderung, aber noch kein therapeutischer Effekt auftritt, die nach Erzeugung eines zweiten Ultraschallbildes anhand der Temperatur bezogenen Daten prüft, ob die erfaßte Temperaturdifferenz innerhalb oder außerhalb des zu behandelnden Bereiches liegt, und die die Strahlungsquelle zur Abgabe von Strahlung einer für einen therapeutischen Effekt ausreichenden Intensität ansteuert, falls die erfaßte Temperaturänderung innerhalb des zu behandelnden Bereiches erfaßt wurde. Auch auf diese Weise sind Schädigungen außerhalb des zu behandelnden Bereiches praktisch ausgeschlossen, da zuvor mittels eines Signales, dessen Intensität unschädlich ist, festgestellt wurde, ob die Erwärmung innerhalb des zu behandelnden Bereiches erfolgt bzw. erfolgen wird.Another embodiment of the invention provides thatMeans for marking an area to be treatedare seen, at least partially within theinvestigating area, and that a temperaoutput-related data representing theEvaluation means is supplied to a control deviceafter each generation of a first ultrasound imageRadiation source for emitting radiation of such a typereduced intensity controls that a detectableTemperature change, but still no therapeutic effectoccurs after the generation of a second ultrasound imageof the data based on the temperature checks whether thedetected temperature difference inside or outside thearea to be treated, and the radiationsource to emit radiation one for a therapistof sufficient intensity, ifto treat the detected temperature change within thethe area was covered. That way tooDamage outside of the area to be treated is practicableexcluded from the table, because beforehand by means of a signal,whose intensity is harmless, it was determined whetherthe warming within the area to be treatedtakes place or will take place.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the accompanyingshown schematic drawings. Show it:
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Temperaturmessung, undFig. 1 in the form of a block diagram devices according to the invention for temperature measurement, and
Fig. 2 eine Einrichtung zur Behandlung eines Lebewesens mit erwärmender Strahlung, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperaturmessung enthält.Fig. 2 shows a device for treating a living being with warming radiation, which contains an inventive device for temperature measurement.
Die Vorrichtung gemäßFig. 1 weist eine insgesamt mit1 bezeichnete Ultraschall-Abbildungseinrichtung auf, die in ihrem Aufbau dem herkömmlicher Ultraschall-B-Bild-Geräte entspricht bzw. bei dem es sich um ein modifiziertes handelsübliches Gerät dieses Typs handelt. Die Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 weist demnach einen Ultraschall-Sektor-Applikator2 auf, der an eine Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 angeschlossen ist, die in herkömmlicher Weise mit dem Ultraschall-Sektor-Applikator2 zur Erzeugung von Ultraschall-B-Sektor-Bildern zusammenwirkt, die auf Anzeigemitteln, nämlich einem Monitor4, dargestellt werden, der ebenfalls Bestandteil der Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 ist.The device according toFIG. 1 has an ultrasound imaging device, designated as a whole by1 , which corresponds to the construction of conventional ultrasound B-image devices or which is a modified commercial device of this type. The ultrasound imaging device1 accordingly has an ultrasound sector applicator2 , which is connected to a control and image generation electronics3 , which in a conventional manner with the ultrasound sector applicator2 for generating ultrasound B sector Images interacts, which are on display means, namely a monitor4 , Darge, which is also part of the ultrasound imaging device1 .
An die Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 sind außerdem Markierungsmittel, nämlich ein Lichtgriffel5, angeschlossen, die es gestatten, auf dem Bildschirm des Monitors4 einen zu untersuchenden Bereich ROI zu markieren. Dabei bewirkt die Bilderzeugungselektronik3 die Einblendung einer Markierung ROI in das Ultraschallbild, die der mit dem Lichtgriffel5 markierten Kontur entspricht.To the control and imaging electronics3 also marking means, namely a light pen5 , are connected, which allow to mark an area to be examined ROI on the screen of the monitor4 mar. The imaging electronics3 causes the insertion of a marking ROI into the ultrasound image, which speaks to the contour marked with the light pen5 .
Dem erzeugten Ultraschallbild einschließlich der eingeblendeten Markierung entsprechende Daten bzw. Signale sind einem Bildspeicher11 zugeführt, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines Subtrahierers12 verbunden ist. Der Subtrahierer12 dient dazu, aus einem in dem Bildspeicher11 gespeichertes Ultraschallbild und einem diesem zeitlich nachfolgenden Ultraschallbild ein Differenzbild zu bilden. Das entsprechende Ausgangssignal des Subtrahierers12 ist Auswertemitteln6 zugeführt, bei denen es sich um eine separate elektronische Recheneinrichtung, evtl. aber auch einen in der Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 enthaltenen, in geeigneter Weise umprogrammierten bzw. modifizierten Bildrechner handeln kann. Die Auswertemittel6 ermitteln anhand der durch eine zwischen den Zeitpunkten der Ultraschallbilderzeugung eventuell aufgetretenen Temperaturänderung verursachten Änderungen der akustischen Impedanz des zu untersuchenden Bereiches ROI temperaturbezogene Daten. Diese stehen in Beziehung zu der zwischen den Zeitpunkten der Ultraschallbilderzeugung aufgetretene Temperaturänderung. Entsprechende Ausgangssignale führen die Auswertemittel einer Anzeigevorrichtung8 zu, die diese Daten anzeigt.The generated ultrasound image including the faded-in marking corresponding data or signals are fed to an image memory11 , the output of which is connected to the one input of a subtractor12 . The subtractor12 serves to form a difference image from an ultrasound image stored in the image memory11 and an ultrasound image following this in time. The corresponding output signal of the subtractor12 is supplied to evaluation means6 , which can be a separate electronic computing device, but possibly also one contained in the ultrasound imaging device1 , which can be suitably reprogrammed or modified image computers. The evaluation means6 he determine on the basis of the temperature change-related data caused by a temperature change possibly occurring between the times of the ultrasound image generation, the changes in the acoustic impedance of the region to be examined. These are related to the temperature change that occurred between the times of ultrasound imaging. Corresponding output signals feed the evaluation means to a display device8 which displays this data.
Da der Bildaufbau von Ultraschallbildern letztlich darauf beruft, daß für unterschiedliche, mittels des Ultraschall-Sektor-Applikators abgetastete Bereiche des zu untersuchenden Objektes die jeweilige Impedanz ermittelt und unterschiedliche akustische Impedanzen in unterschiedlichen Grau- oder Farbwerten dargestellt werden, ist es verständlich, daß durch Temperaturänderungen hervorgerufene Änderungen der akustischen Impedanz auf die beschriebene Weise erfaßt werden können. Dabei ist die Bildung von Differenzbildern besonders vorteilhaft, da in diesen selbst geringfügige Änderungen der akustischen Impedanz und damit kleine Temperaturänderungen gut erkennbar sind.Because the image construction of ultrasound images ultimately on itcalls that for different, by means of the ultrasoundSector applicator scanned areas of the underobject is looking for the respective impedance anddifferent acoustic impedances in differentgray or color values, it isunderstandable that cause by temperature changescalled changes in acoustic impedance on the bewritten way can be grasped. The bilformation of difference images is particularly advantageous since ineven slight changes in acousticImpedance and thus small temperature changes wellare recognizable.
Um die Länge des Zeitraumes, der zwischen den Zeitpunkten der Erzeugung der dem Subtrahierer12 zugeführten Ultraschallbilder liegt, variieren zu können, ist ein an die Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 angeschlossener Regler13 vorgesehen. Die Länge des genannten Zeitraumes liegt typisch zwischen 50 und 500 ms. Sofern ein gegenüber herkömmlichen diagnostischen Ultraschall-Abbildungseinrichtungen eingeschränktes Bildfeld verwendet wird, ist eine Länge des genannten Zeitraumes in der Größenordnung von 10 ms realisierbar.In order to be able to vary the length of the time period between the times of generation of the ultrasound images supplied to the subtractor12 , a controller13 connected to the control and image generation electronics3 is provided. The length of the period mentioned is typically between 50 and 500 ms. If an image field that is restricted compared to conventional diagnostic ultrasound imaging devices is used, a length of the stated time period in the order of magnitude of 10 ms can be realized.
Wird wie im vorliegenden Fall mittels des Ultraschall-Sektor-Applikators ein inFig. 1 strichliert angedeuteter sektorförmiger Bereich des Körpers B eines zu untersuchenden Lebewesens derart abgetastet, daß ein interessierendes Organ, beispielsweise die Leber L, in dem Ultraschallbild dargestellt wird, und wird die Markierung ROI so gelegt, daß sie in dem Ultraschallbild innerhalb eines zu untersuchenden Bereiches des Bildes der Leber L liegt, so ermitteln die Auswertemittel6 Temperaturänderungen innerhalb des markierten Bereiches der Leber L. Die entsprechenden Daten sind übrigens nicht nur der Anzeigevorrichtung6 sondern auch der Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 zugeführt, die sie in das Ultraschallbild in einem Feld9 einblendet.As in the present case, a sector-shaped area of the body B of a living being to be examined, which is indicated by the dashed line inFIG. 1, is scanned in such a way that an organ of interest, for example the liver L, is shown in the ultrasound image, and If the marking ROI is placed in such a way that it lies in the ultrasound image within a region of the liver L to be examined, it averages the evaluation means6 temperature changes within the marked region of the liver L. The corresponding data are not only the way Display device6 but also the control and image generation electronics3 , which it fades into the ultrasound image in a field9 .
An die Auswertemittel6 ist ein Wahlschalter7 angeschlossen, mittels dessen unterschiedliche Medien anwählbar sind, für die in den Auswertemitteln6 Daten bezüglich der Abhängigkeit der akustischen Impedanz von der Temperatur gespeichert sind, die es gestatten, in der beschriebenen Weise Änderungen der akustischen Impedanz Temperaturänderungen zuzuordnen. Wird die Vorrichtung gemäßFig. 1 ausschließlich für medizinische Zwecke verwendet, so sind Daten für unterschiedliche Gewebearten, beispielsweise Lebergewebe, Nierengewebe usw., gespeichert. Im Falle der nichtmedizinischen Anwendung sind Daten anderer Medien, beispielsweise Stahl, Aluminium, etc. gespeichert.At the evaluation means6 is a selector7 is ruled out, by means of which different media can be selected, for which data relating to the dependence of the acoustic impedance on the temperature are stored in the evaluation means6 , which allow changes in the acoustic impedance temperature changes in the manner described assign assignments. If the device according toFIG. 1 is finally used for medical purposes, then data for different types of tissue, for example liver tissue, kidney tissue etc., are stored. In the case of non-medical use, data from other media, such as steel, aluminum, etc. are stored.
In der Regel wird übrigens der Betrieb der Vorrichtung gemäßFig. 1 derart erfolgen, daß zunächst Echtzeit-Ultraschallbilder erzeugt werden und der Ultraschall-Sektor-Applikator relativ zu dem zu untersuchenden Objekt so positioniert wird, daß der zu untersuchende Bereich in den Ultraschallbildern dargestellt wird. Dann wird das Ultraschallbild "eingefroren", d. h. in dem Bildspeicher11 gespeichert und das gespeicherte Bild kontinuierlich aus dem Bildspeicher11 ausgelesen und auf dem Monitor4 dargestellt. Anschließend wird in der bereits beschriebenen Weise mittels des Lichtgriffels5 die Markierung ROI vorgenommen. Die entsprechenden Daten werden in dem Bildspeicher gespeichert. Nach erfolgter Markierung werden aufeinanderfolgende Ultraschallbilder erzeugt, die jeweils durch den mittels des Reglers13 eingestellten Zeitraum voneinander getrennt sind, aus denen die Auswertemittel6 in der beschriebenen Weise jeweils die zwischen aufeinander folgenden Ultraschallbildern aufgetretene Temperaturänderung des innerhalb der Markierung ROI liegenden Bereiches ermitteln. Falls die Auswertemittel6 ausreichend schnell arbeiten, besteht auch die Möglichkeit, die Temperaturänderung des zu untersuchenden Bereiches in Echtzeit zu ermitteln und anzuzeigen.In general, the operation of the device according toFIG. 1 will take place in such a way that first real-time ultrasound images are generated and the ultrasound sector applicator is positioned relative to the object to be examined such that the region to be examined is in the ultrasound images is pictured. Then the ultrasound image is "frozen", ie stored in the image memory11 and the stored image is continuously read from the image memory11 and displayed on the monitor4 . Then the marking ROI is made in the manner already described by means of the light pen5 . The corresponding data are stored in the image memory. After the marking has taken place, successive ultrasound images are generated, each separated by the time period set by means of the controller13 , from which the evaluation means6 in the manner described each change the temperature between the subsequent ultrasound images and the temperature of the area lying within the marking ROI determine. If the evaluation means6 work sufficiently quickly, there is also the possibility of determining and displaying the temperature change of the area to be examined in real time.
Die Bedienung der Vorrichtung erfolgt über ein an die Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 angeschlossenes tastaturartiges Bedienteil10.The device is operated via a keyboard-like control unit10 connected to the control and imaging electronics3 .
In der Regel subtrahiert der Subtrahierer12 das in dem Bildspeicher11 gespeicherte Ultraschallbild von dem nach Ablauf der mit dem Regler13 eingestellten Zeitdauer vorliegenden aktuellen Ultraschallbild. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden mittels der Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 erzeugten Ultraschallbilder kürzer ist als die Zeit dauer, die der Subtrahierer12 zur Verarbeitung der dem aktuellen Ultraschallbild entsprechenden Daten bzw. Signale benötigt, kann es zweckmäßig sein, auch für das zeitlich nachfolgende Bild einen Bildspeicher vorzusehen, der inFig. 2 strichliert eingetragen und mit14 bezeichnet wird. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist dann die, daß zunächst ein Ultraschallbild in dem Bildspeicher11 gespeichert wird und nach Ablauf der mit dem Regler13 eingestellten Zeitdauer das dann aktuelle Ultraschallbild in dem Bildspeicher14 gespeichert wird.As a rule, the subtractor12 subtracts the ultrasound image stored in the image memory11 from the current ultrasound image that is present after the time set with the controller13 has expired. In certain cases, for example if the time period between two successive ultrasound images generated by means of the ultrasound imaging device1 is shorter than the time it takes for the subtractor12 to process the data or signals corresponding to the current ultrasound image, it may also be expedient to provide an image memory for the temporally subsequent image, which is shown in broken lines inFIG. 2 and is designated14 . The mode of operation of the device is then that an ultrasound image is first stored in the image memory11 and after the time period set with the controller13 the current ultrasound image is stored in the image memory14 .
Die Vorrichtung gemäßFig. 1 kann derart betrieben werden, daß auf eine entsprechende Betätigung der Tastatur10 hin die Temperaturänderung ermittelt und angezeigt wird und erst auf eine erneute Betätigung der Tastatur10 hin dieser Vorgang wiederholt wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Vorrichtung gemäßFig. 1 auf eine entsprechende Betätigung der Tastatur10 hin derart zu betreiben, daß der Vorgang der Ermittlung der Temperaturänderung selbsttätig fortlaufend wiederholt wird. Es wird dann jeweils ein neues Ultraschallbild in dem Bildspeicher11 gespeichert, sobald die Daten bzw. Signale bezüglich des vorhergehenden gespeicherten Ultraschallbildes nicht mehr benötigt werden, und nach Ablauf der mittels des Reglers13 eingestellten Zeitdauer erneut die Differenzbildung mit dem entsprechenden zeitlich nachfolgenden Ultraschallbild vorgenommen.The apparatus ofFig. 1 can be operated so that10 is determined through the change in temperature and displayed on a corresponding actuation of the keyboard and the ser process is repeated until a renewed actuation of the keyboard10 out. However, there is also the possibility to drive the device according toFIG. 1 upon a corresponding actuation of the keyboard10 in such a way that the process of determining the temperature change is automatically repeated continuously. A new ultrasound image is then stored in the image memory11 as soon as the data or signals relating to the previously stored ultrasound image are no longer required, and after the time period set by means of the controller13 has elapsed, the difference is again made with the corresponding temporally subsequent ultrasound image .
In einer weiteren Betriebsart ist es auf eine entsprechende Betätigung der Tastatur10 hin möglich, mittels des Lichtgriffels5 zusätzlich einen zu behandelnden Bereich ROT (region of treatment) zu markieren, der zumindest teilweise innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ROI liegen muß. Die entsprechenden Daten werden ebenfalls in der Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 gespeichert. Wird nun im Betrieb der Vorrichtung eine Temperaturänderung festgestellt, stellen die Auswertemittel6 anhand des entsprechenden Differenzbildes den Ort der Temperaturänderung fest. Außerdem stellen die Auswertemittel fest, ob der Ort der Temperaturänderung innerhalb des zu erwärmenden Bereiches ROT bzw. innerhalb desjenigen Teiles des zu erwärmenden Bereiches ROT liegt, der sich innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ROI befindet. Entsprechende Daten werden in das Feld9 eingeblendet, wobei dann, wenn die Temperaturänderung außerhalb des zu erwärmenden Bereiches ROT bzw. dessen innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ROI befindlichen Teiles liegt, zusätzlich ein akustisches oder optisches Warnsignal erzeugt werden kann. Weiter ist vorgesehen, daß wahlweise, auf eine entsprechende Betätigung der Tastatur10 hin, derjenige Bereich in dem auf dem Monitor4 dargestellten Ultraschallbild mit erhöhter Helligkeit dargestellt, also hellgetastet wird, in dem das Maximum einer festgestellten Temperaturerhöhung liegt. Die beschriebene Betriebsweise ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Vorrichtung gemäßFig. 1 im Zusammenhang mit einer Therapie verwendet wird, bei der wie beispielsweise in der Hyperthermie oder der Thermotherapie ein im Inneren des Körpers eines Patienten befindlicher Bereich gezielt erwärmt werden soll.In a further operating mode, it is possible upon corresponding actuation of the keyboard10 to additionally mark an area ROT (region of treatment) to be treated by means of the light pen5 , which region must at least partially lie within the area ROI to be examined. The corresponding data are also stored in the ultrasound imaging device1 . If a temperature change is now determined during operation of the device, the evaluation means6 determine the location of the temperature change on the basis of the corresponding difference image. In addition, the evaluation means determine whether the location of the temperature change is within the area to be heated RED or within that part of the area to be heated which is located within the area to be examined ROI. Corresponding data are shown in the field9 , and if the temperature change is outside the area to be heated ROT or its part located within the area to be examined ROI, an acoustic or optical warning signal can also be generated. It is further provided that, optionally, on a corresponding actuation of the keyboard10 , that area in the ultrasound image shown on the monitor4 is shown with increased brightness, that is to say, palpated, in which the maximum of a detected temperature increase lies. The mode of operation described is of particular importance if the device according toFIG. 1 is used in connection with a therapy in which, for example in hyperthermia or thermotherapy, an area located inside the body of a patient is to be specifically heated.
InFig. 2 ist eine Einrichtung zur Behandlung eines Lebewesens mit einer zumindest einen inneren Bereich des Körpers B des Lebewesens erwärmenden Strahlung dargestellt, die eine der Vorrichtung gemäßFig. 1 weitgehend entsprechende Temperaturmeßvorrichtung enthält. Erwärmt werden soll zur Durchführung einer Hyperthermie- bzw. Thermotherapie insbesondere ein im Körper B des Lebewesens befindlicher Tumor T, und zwar mittels fokussierter Ultraschallwellen, die mittels eines insgesamt mit15 bezeichneten Behandlungskopfes in den Körper B eingeleitet werden.InFig. 2, a device for the treatment of a living being is shown with at least one inner region of the body B of the living being heating radiation, which contains a temperature measuring device corresponding largely to the device according toFIG. 1. To carry out a hyperthermia or thermotherapy, in particular, a tumor T which is sensitive in the body B of the living being is to be heated, by means of focused ultrasound waves which are introduced into the body B by means of a treatment head denoted by a total of15 .
Der Behandlungskopf15 weist ein topfförmiges Gehäuse16 auf, das an seinem offenen Ende mittels einer flexiblen Ankoppelmembran17 flüssigkeitsdicht verschlossen ist, und eine Flüssigkeit als akustisches Ausbreitungsmedium für den Ultraschall enthält. Dieser wird mittels eines in dem Gehäuse16 angebrachten, beispielsweise piezoelektrischen ebenen Ultraschallwandlers18 erzeugt, dem eine akustische Linse19 zur Fokussierung des erzeugten Ultraschalles auf einen Fokus F vorgeschaltet ist. Anstelle des ebenen piezoelektrischen Ultraschallwandlers18 mit akustischer Linse19 können hinsichtlich der Art und Weise der Fokussierung und der Ultraschallerzeugung abweichende fokussierende Ultraschallwandler verwendet werden. Der Behandlungskopf15 weist eine zentrale, sich durch den Boden des Gehäuses16, den Ultraschallwandler18 und die akustische Linse19 erstreckende Bohrung auf, in der der Ultraschall-Sektor-Applikator2 der Temperaturmeßvorrichtung aufgenommen ist.The treatment head15 has a cup-shaped housing16 , which is closed at its open end by means of a flexible coupling membrane17 and contains a liquid as an acoustic propagation medium for the ultrasound. This is generated by means of a, for example piezoelectric, flat ultrasound transducer18 mounted in the housing16 , which is preceded by an acoustic lens19 for focusing the ultrasound generated on a focus F. Instead of the flat piezoelectric ultrasonic transducer18 with an acoustic lens19 , differing focussing ultrasonic transducers can be used with regard to the manner of focusing and the ultrasound generation. The treatment head15 has a central, through the bottom of the housing16 , the ultrasonic transducer18 and the acoustic lens19 extending bore in which the ultrasonic sector applicator2 of the temperature measuring device is taken up.
Zur Durchführung einer Behandlung wird der Behandlungskopf15 wie inFig. 2 veranschaulicht mit seiner Ankoppelmembran17 zur akustischen Ankoppelung an die Körperoberfläche des Lebewesens angepreßt, wobei der Ultraschall-Sektor-Applikator2 im Interesse einer guten akustischen Koppelung unter Zwischenfügung der Ankoppelmembran17 an der Körperoberfläche anliegt. Zur Durchführung der Behandlung muß der Behandlungskopf15 relativ zum Körper B des Lebewesens derart ausgerichtet werden, daß der Fokus F des Ultraschalles wie inFig. 2 dargestellt innerhalb des Tumors T zu liegen kommt. Dies erfolgt mittels eines an sich bekannten vorzugsweise motorischen Verstellmechanismus20, der in noch zu erläuternder Weise gesteuert wird. Zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers18 mit einer Wechselspannung der erforderlichen Frequenz, Amplitude und Wellenform ist ein Hochfrequenzgenerator21 vorgesehen.To carry out a treatment, the treatment head15, as illustrated inFIG. 2, is pressed with its coupling membrane17 for acoustic coupling to the body surface of the living being, the ultrasound sector applicator2 in the interest of good acoustic coupling with the coupling membrane17 interposed lies against the body surface. To carry out the treatment, the treatment head15 must be aligned relative to the body B of the living being in such a way that the focus F of the ultrasound comes to lie within the tumor T, as shown inFIG. 2. This is done by means of a known, preferably motorized adjustment mechanism20 , which is controlled in a manner to be explained. To control the ultrasonic transducer18 with an alternating voltage of the required frequency, amplitude and waveform, a high-frequency generator21 is seen easily.
Das Zusammenspiel des Behandlungskopfes15 mit der Temperaturmeßvorrichtung wird durch eine Steuereinrichtung22, die Auswertemittel6 und eventuell einen Komparator23 bestimmt. Die Steuereinrichtung22 wirkt nämlich auf den Hochspannungsgenerator21 ein, und ist derart ausgebildet, daß sie diesen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren und die Amplitude der erzeugten Wechselspannung und damit die Intensität der erzeugten Ultraschallwellen einzustellen vermag. Welche Intensität der Ultraschallwellen eingestellt wird, hängt von der Stellung eines Reglers24 ab, mit dem die gewünschte Temperaturänderung der zu behandelnden Zone, d. h. des Tumors T, gewählt werden kann. Ein dieser Temperatur bzw. Temperaturänderung entsprechendes Signal wird dem einen Eingang des Komparators23 zugeführt. Das entsprechende Ausgangssignal der Temperaturmeßvorrichtung ist dem anderen Eingang des Komparators23 zugeführt. Solange das Ausgangssignal des Komparators23 darauf hindeutet, daß die mittels des Reglers24 gewählte Temperaturänderung noch nicht erreicht ist, wird mittels des Ultraschallwandlers18 Ultraschall einer mit der Tastatur10 wählbaren Intensität kontinuierlich erzeugt. Sobald die mittels des Reglers24 gewählte Temperaturänderung erreicht ist, regelt die Steuereinrichtung22 unter Beachtung des Ausgangssignales des Komparators23 die akustische Leistung des mittels des Ultraschallwandlers18 erzeugten Ultraschalls derart, daß, sieht man von gewissen durch den Regelvorgang bedingten Schwankungen ab, keine weitere Temperaturänderung auftritt, und zwar für einen Zeitraum, der mittels des Reglers25 eingestellt werden kann. Dabei ist der kleinste Zeitraum, der mittels des Reglers25 eingestellt werden kann, der Zeitraum Null, d. h., daß sofort nach dem Auftreten der vorgewählten Temperaturänderung die Abgabe von Ultraschall unterbrochen wird.The interaction of the treatment head15 with the temperature measuring device is determined by a control device22 , the evaluation means6 and possibly a comparator23 . The control device22 namely acts on the high-voltage generator21 and is designed such that it can activate or deactivate it and adjust the amplitude of the generated alternating voltage and thus the intensity of the generated ultrasonic waves. Which intensity of the ultrasound waves is set depends on the position of a controller24 with which the desired temperature change of the zone to be treated, ie the tumor T, can be selected. A signal corresponding to this temperature or temperature change is fed to one input of the comparator23 . The corresponding output signal of the temperature measuring device is fed to the other input of the comparator23 . As long as the output signal of the comparator23 indicates that the temperature change selected by means of the controller24 has not yet been reached, ultrasound of an intensity that can be selected with the keyboard10 is continuously generated by means of the ultrasound transducer18 . As soon as the temperature change selected by means of the controller24 is reached, the control device22 regulates, taking into account the output signal of the comparator23, the acoustic power of the ultrasound generated by means of the ultrasound transducer18 such that, apart from certain fluctuations caused by the control process, none further temperature change occurs, for a period of time that can be set by means of the controller25 . The smallest time period that can be set by means of the controller25 is the time period zero, that is to say that immediately after the occurrence of the preselected temperature change, the delivery of ultrasound is interrupted.
In diesem Zusammenhang ist wesentlich, daß für den Fall, daß die Intensität des Ultraschalls so hoch ist, daß die Gewebeeigenschaften des Tumors sich irreversibel ändern, unter Umständen keine eindeutige Temperaturabhängigkeit der akustischen Impedanz mehr gegeben ist. Unter diesen Umständen ist nur noch eine qualitative Bestimmung aufgetretener Temperaturänderungen möglich.In this context it is essential that in the eventthat the intensity of the ultrasound is so high that theTissue properties of the tumor change irreversibly,under certain circumstances no clear temperature dependencythe acoustic impedance is more given. Under theseUnder certain circumstances, only a qualitative determination has been madepossible temperature changes possible.
Dies ist jedoch insbesondere im Falle einer Therapieeinrichtung der hier vorliegenden Art wenig gravierend, da es viel mehr darauf ankommt, zu wissen, wo eine Temperaturänderung auftrat, als darauf, die exakte Größe der Temperaturänderung zu kennen.However, this is particularly true in the case of therapydirection of the species here is not very serious since itmuch more depends on knowing where a temperature isChange occurred when the exact size of the tempeknowing the change in nature.
Im Falle der Einrichtung gemäßFig. 2 besteht daher in einer weiteren Betriebsweise in der bereits im Zusammenhang mit derFig. 1 beschriebenen Weise die Möglichkeit, einen zu behandelnden Bereich ROT zu markieren. Bei Auftreten einer Temperaturänderung stellen dann die Auswertemittel6 fest, ob diese innerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT aufgetreten ist, und geben ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung22. Die der festgestellten Temperaturerhöhung entsprechenden Daten sind dem Komparator23 zugeführt, der diese mit einem mittels des Reglers24 eingestellten Schwellwert vergleicht, unterhalb dessen keine Schädigungen gesunden Gewebes zu erwarten sind. Beschränkt sich die festgestellte Temperaturerhöhung auf den zu behandelnden Bereich bzw. dessen innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ROI befindlichen Teil, so steuert die Steuereinheit22 den Ultraschallwandler18 über den Hochfrequenzgenerator21 für eine mittels des Reglers25 gewählte Zeitdauer an. Tritt eine Temperaturerhöhung innerhalb des zu untersuchenden Bereiches ROI (auch) außerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT auf, unterbindet die Steuereinrichtung22 die Abgabe von Ultraschall, so fern der mittels des Reglers24 eingestellte Schwellwert der Temperaturerhöhung überschritten wurde. Die Einrichtung kann dann erst wieder nach einer entsprechenden Betätigung der Tastatur10 in Betrieb genommen werden.In the case of the device according toFIG. 2, there is therefore the possibility of marking an area to be treated RED in a further operating mode in the manner already described in conjunction withFIG. 1. When a temperature change occurs, the evaluation means6 determine whether this has occurred within the range RED to be treated and give a corresponding signal to the control device22 . The data corresponding to the detected temperature increase are fed to the comparator23 , which compares this with a threshold value set by means of the regulator24 , below which no damage to healthy tissue is to be expected. If the ascertained temperature increase is limited to the area to be treated or its part located within the area to be examined ROI, the control unit22 controls the ultrasound transducer18 via the high-frequency generator21 for a period selected by means of the controller25 . If a temperature increase occurs within the area to be examined ROI (also) outside the area to be treated ROT, the control device22 prevents the emission of ultrasound as far as the threshold value of the temperature increase set by means of the controller24 has been exceeded. The Einrich device can then only be put into operation after a corresponding actuation of the keyboard10 .
In der beschriebenen Betriebsweise erfolgt die Ansteuerung des Ultraschallwandlers18 vorzugsweise derart, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ultraschallbildern die Intensität des von dem Ultraschallwandler18 abgestrahlten Ultraschalls ausgehend von einem Anfangswert, der mit Sicherheit noch keine Gewebeschädigung verursachen kann, auf einen Endwert, bei dem der gewünschte therapeutische Effekt auftritt, kontinuierlich erhöht wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß selbst in dem Zeitraum, der bis zu einer eventuellen Unterbindung der Ultraschallabstrahlung vergeht, keinerlei Gewebeschädigungen eintreten können, da bei geeigneter Wahl des mittels des Reglers24 eingestellten Schwellwertes bei Überschreiten des Schwellwertes noch keine solche Intensität des abgestrahlten Ultraschalls vorliegt, die zu einer Schädigung führen könnte.In the described mode of operation, the control of the ultrasound transducer18 is preferably carried out in such a way that between two successive ultrasound images, the intensity of the ultrasound emitted by the ultrasound transducer18, starting from an initial value, which certainly cannot cause tissue damage, to an end value at which the desired therapeutic effect occurs, is continuously increased. In this way it is ensured that no tissue damage can occur even in the period of time that elapses until the ultrasound radiation is prevented, since with suitable selection of the threshold value set by means of the controller24 , no such intensity of the emitted radiation is exceeded when the threshold value is exceeded Ultrasound is present, which could lead to damage.
In einer weiteren Betriebsart, die es ebenfalls erforderlich macht, in der beschriebenen Weise einen zu behandelnden Bereich ROT zu markieren, wird nach der Erzeugung eines ersten Ultraschallbildes der Ultraschallwandler von der Steuereinrichtung22 über den Hochfrequenzgenerator21 zur Abgabe von Ultraschall einer derart verminderten Intensität angesteuert, daß zwar eine mittels der Temperaturmeßvorrichtung erfaßbare Temperaturerhöhung, aber noch kein therapeutischer Effekt, auftritt. Nach Erzeugung eines zweiten Ultraschallbildes prüft die Steuereinrichtung22 anhand des ihr von den Auswertemitteln6 zugeführten Signal, ob die detektierte Temperaturerhöhung innerhalb oder außerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT liegt. Falls dies der Fall ist, steuert die Steuereinrichtung22 den Ultraschallwandler18 zur Abgabe von Ultraschall einer für einen therapeutischen Effekt ausreichenden Intensität an. Im Anschluß an die. Erzeugung des folgenden Ultraschallbildes wird wieder Ultraschall verminderter Intensität ausgesandt, um zu prüfen, ob die dadurch hervorgerufene Temperaturerhöhung innerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT liegt. Wenn ja, wird wieder Ultraschall einer für einen therapeutischen Effekt ausreichenden Intensität abgestrahlt und usw. Für den Fall, daß die durch den Ultraschall verminderter Intensität hervorgerufene Temperaturerhöhung außerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT liegt, unterbindet die Steuereinrichtung22 die Abgabe von Ultraschall einer für einen therapeutischen Effekt ausreichender Intensität.In a further operating mode, which also makes it necessary to mark an area to be treated in the manner described, the ultrasound transducer is generated by the control device22 via the high-frequency generator21 for emitting ultrasound of such a reduced intensity after the generation of a first ultrasound image controlled that a temperature increase detectable by means of the temperature measurement device, but still no therapeutic effect, occurs. After generating a second ultrasound image, the control device22 uses the signal supplied to it by the evaluation means6 to check whether the detected temperature increase is RED within or outside the area to be treated. If this is the case, the control device22 controls the ultrasound transducer18 to emit ultrasound with an intensity that is sufficient for a therapeutic effect. Subsequent to. Generation of the following ultrasound image is again emitted ultrasound of reduced intensity in order to check whether the temperature increase caused thereby lies within the area to be treated RED. If so, ultrasound is emitted again for a therapeutic effect of sufficient intensity and etc. In the event that the temperature increase caused by the ultrasound reduced intensity is outside the area to be treated RED, the control device22 prevents the delivery of ultrasound for a therapeutic effect of sufficient intensity.
Im Falle der beiden zuletzt beschriebenen Betriebsweisen ist sichergestellt, daß außerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT keinerlei therapeutischer Effekt auftritt. Dies ist dann von besonderer Bedeutung, wenn die Intensität des zur Erzielung eines therapeutischen Effektes abgestrahlten Ultraschalls so hoch ist, daß das im Fokus des Ultraschalls liegende Gewebe nekrotisiert wird.In the case of the two modes of operation described lastit is ensured that outside of the to be treatedRange RED has no therapeutic effect.This is particularly important when the Intento achieve a therapeutic effectemitted ultrasound is so high that that is in focustissue lying on the ultrasound is necrotized.
Die Regler24 und25 sind übrigens außer mit dem Komparator23 bzw. der Steuereinrichtung22 jeweils auch mit der Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik3 verbunden, die in das Feld9 zusätzlich die den Einstellungen der Regler24 und25 entsprechenden Daten einblendet.The controllers24 and25 are incidentally connected to the control and image generation electronics3 , in addition to the comparator23 or the control device22 , which additionally fades in the field9 the data corresponding to the settings of the controllers24 and25 .
Die Ultraschall-Abbildungseinrichtung1, die Steuereinrichtung22 und der Verstellmechanismus20 wirken derart zusammen, daß, wenn nach einer entsprechenden Betätigung der Tastatur10 mittels des Lichtgriffels5 ein bestimmter Punkt des auf dem Bildschirm des Monitors4 dargestellten Ultraschallbildes angetippt wird, die Steuereinrichtung22 anhand der entsprechenden ihr von der Steuerungs- und Bilderzeugungselektronik23 zugeführten Daten den Verstellmechanismus20 derart betätigt, daß der Fokus F des Ultraschall-Wandlers18 in dem dem mittels des Lichtgriffels5 markierten Punkt entsprechenden Punkt innerhalb des Körpers P des zu behandelnden Lebewesens zu liegen kommt. Sofern ein zu behandelnder Bereich ROT markiert ist, kann der Fokus F vorzugsweise nur in solche Punkte gebracht werden, die innerhalb des zu behandelnden Bereiches ROT liegen. Die zu diesem selbsttätigen Einstellvorgang erforderlichen Daten bzw. Signale bezüglich der aktuellen Position des Behandlungskopfes15 erhält die Steuereinrichtung22 von dem Verstellmechanismus20, der in nicht dargestellter Weise entsprechende Positionsgeber enthält.The ultrasonic imaging apparatus1, the Steuerein device22 and the adjustment mechanism20 cooperate to that when a certain point of the ultrasound image displayed on the screen of the monitor4 is touched by a corresponding actuation of the keyboard10 by means of the light pen5, the controller22 based on the corresponding data supplied by the control and imaging electronics23, the adjustment mechanism20 actuated such that the focus F of the ultrasound transducer18 in the point corresponding to the point marked by the light handle5 within the body P of the living being to be treated comes to lie. If an area to be treated is marked RED, the focus F can preferably only be brought into those points which lie within the area RED to be treated. The data or signals relating to the current position of the treatment head15 required for this automatic setting process are received by the control device22 from the adjusting mechanism20 , which contains corresponding position sensors (not shown).
Die Behandlung eines Lebewesens mit der beschriebenen Einrichtung erfolgt folgendermaßen:Treatment of a living being with the described oneDirection is as follows:
Das Lebewesen wird zunächst auf einer geeigneten Liege oder dergleichen derart gelagert, daß derjenige Bereich seiner Körperoberfläche, an den der Behandlungskopf15 appliziert werden soll, frei zugänglich ist. Erforderlichenfalls wird das Lebewesen fixiert, so daß es seine Körperlage nicht wesentlich verändern kann. Dann wird der Behandlungskopf15 appliziert und bei aktivierter Ultraschall-Abbildungsvorrichtung1 so lange relativ zum Körper B des Lebewesens verschoben, bis der zu behandelnde Bereich, im Falle derFig. 2 der Tumor T, im Ultraschallbild gut sichtbar ist. Nun wird mittels des Lichtgriffels5 der bei der Temperaturmessung zu untersuchende Bereich ROI und eventuell der zu behandelnde Bereich ROT markiert. Außerdem wird eine der oben beschriebenen Betriebsarten gewählt. Anschließend werden der Wahlschalter7 und die Regler13,24 und25 in ihre dem jeweiligen Behandlungs fall entsprechende Position gebracht. Dann wird mittels des Lichtgriffels5 im Ultraschallbild derjenige, normalerweise innerhalb des markierten zu behandelnden Bereiches ROT liegende Punkt des Tumors T, in dem sich der Fokus F der Ultraschallwellen befinden soll, angetippt, worauf die Verstellmittel den Behandlungskopf15 entsprechend positionieren. Hierauf wird der Ultraschallwandler18 in der der gewählten Betriebsart entsprechenden Weise aktiviert.The living being is first stored on a suitable couch or the like in such a way that that area of its body surface to which the treatment head15 is to be applied is freely accessible. If necessary, the living being is fixed so that it can not change its body position significantly. Then the treatment head15 is applied and, with the ultrasound imaging device1 activated, shifted relative to the body B of the living being until the area to be treated, in the case ofFIG. 2 the tumor T, is clearly visible in the ultrasound image. Now the area ROI to be examined during the temperature measurement and possibly the area to be treated ROT are marked by means of the light pen5 . In addition, one of the operating modes described above is selected. Then the selector switch7 and the controller13 ,24 and25 are brought into their respective treatment case position. Then, by means of the light pen5 in the ultrasound image, the point of the tumor T lying normally within the marked area to be treated ROT, in which the focus F of the ultrasound waves is to be tapped, whereupon the adjusting means position the treatment head15 accordingly. The ultrasonic transducer18 is then activated in the manner corresponding to the selected operating mode.
Da der Fokus F des Ultraschallwandlers18, d. h. derjenige Bereich, in dem eine für einen therapeutischen Effekt wirksame Ultraschallintensität vorliegt, in der Regel zur Vermeidung von Schädigungen des den Tumor T umgebenden gesunden Gewebes kleiner als der Tumor T ist, wird es in der Regel erforderlich sein, den Fokus F des Ultraschallwandlers18 schrittweise so oft und derart zu verschieben, daß der gesamte Tumor T bzw. ein markierter zu behandelnder Bereich ROT in der zuvor beschriebenen Weise mit Ultraschall beaufschlagt wird. Dieser Vorgang kann manuell mit Hilfe des Lichtgriffels5 und der Tastatur10 gesteuert werden. Es kann jedoch auch eine automatische Steuerung dieses Vorganges vorgesehen sein, wobei sozusagen der gesamte Tumor bzw. der innerhalb des markierten zu behandelnden Bereiches ROT befindliche Bereich des Tumors "abgescannt" wird. Es versteht sich, daß damit nur eine Schicht des Tumors T behandelt ist und daß im Anschluß hieran eine Verschiebung des Therapiekopfes15 senkrecht zu der mittels der Ultraschall-Abbildungseinrichtung1 abgebildeten Schicht erfolgen muß, wobei die sich so ergebenden aufeinanderfolgenden Schichten in der zuvor beschriebenen Weise behandelt werden, bis schließlich das gesamte Volumen des Tumors T von der Behandlung erfaßt wurde.Since the focus F of the ultrasound transducer18 , that is to say that region in which an ultrasound intensity effective for a therapeutic effect is present, is generally smaller than the tumor T in order to avoid damage to the healthy tissue surrounding the tumor T, it is generally necessary be to shift the focus F of the ultrasound transducer18 step by step as often and in such a way that the entire tumor T or a marked area is treated with ultrasound in the ROT area described above. This process can be controlled manually using the light pen5 and the keyboard10 ge. However, an automatic control of this process can also be provided, so to speak the entire tumor or the area of the tumor located within the marked area to be treated RED being "scanned". It is understood that only one layer of the tumor T is treated and that in connection with this a shift of the therapy head15 must be perpendicular to the layer shown by means of the ultrasound imaging device1 , the resulting successive layers in the previous one be treated until finally the entire volume of the tumor T was covered by the treatment.
Soweit die Bedienung der Einrichtung gemäßFig. 2 nicht über den Wahlschalter7, die Regler13,24,25 und den Lichtgriffel5 erfolgt, wird ihre Bedienung übrigens über die Tastatur10 vorgenommen.If the device according toFIG. 2 is not operated via the selector switch7 , the controllers13 ,24 ,25 and the light pen5 , it is operated via the keyboard10 .
Es versteht sich, daß die Vorrichtung gemäßFig. 2 nicht nur zur Behandlung von Tumoren geeignet ist, sondern überall dort Verwendung finden kann, wo es darum geht, Gewebebereiche definiert zu erwärmen. Auch muß die Erwärmung nicht notwendigerweise durch fokussierten Ultraschall erfolgen. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, die Erwärmung beispielsweise durch einen Mikrowellenapplikator zu bewirken.It goeswithout saying that the device according toFIG. 2 is not only suitable for the treatment of tumors, but can also be used wherever it is a matter of heating tissue areas in a defined manner. Also, the heating does not necessarily have to be followed by focused ultrasound. Rather, there is also the possibility of effecting the heating, for example by means of a microwave applicator.
Voraussetzung für ein zuverlässiges Arbeiten der beschriebenen Einrichtungen ist selbstverständlich, daß zwischen aufeinanderfolgenden Ultraschallbildern keine Bewegungen des zu untersuchenden Objektes bzw. des zu untersuchenden Bereiches auftreten, da andernfalls durch die Bewegung zustande gekommene Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Ultraschallbildern fälschlicherweise als Temperaturänderungen gedeutet werden könnten. Die Überwachung der Herzaktion (EKG) und Atmung kann zur Kontrolle und eventuell Korrektur herangezogen werden.Prerequisite for a reliable working of the describedbenen facilities goes without saying that betweensuccessive ultrasound images no movementsof the object to be examined or of the object to be examinedRange occur, otherwise through the movementdifferences between successiveultrasound images incorrectly as temperachanges could be interpreted. Monitoring theHeart action (EKG) and breathing can be used to control andcorrection may be used.
Sowohl im Falle der Einrichtung gemäßFig. 1 als auch der gemäßFig. 2 wird übrigens das gesamte Ultraschallbild als zu untersuchender Bereich ROI herangezogen, falls eine entsprechende Markierung mittels des Lichtgriffels5 unterbleibt.Incidentally, both in the case of the device according toFIG. 1 and that according toFIG. 2, the entire ultrasound image is used as the region ROI to be examined if a corresponding marking by means of the light pen5 remains underneath.
Ebenfalls im Falle der Einrichtung gemäßFig. 1 als auch der gemäßFig. 2 kann, falls diese Daten nicht benötigt werden, gänzlich auf eine quantitative Erfassung aufgetretener Temperaturänderungen verzichtet werden und statt dessen ausschließlich eine Bestimmung des Ortes der Temperaturänderungen erfolgen.Likewise, in the case of the device according toFIG. 1 and that according toFIG. 2, if this data is not required, a quantitative detection of temperature changes that have occurred can be dispensed with entirely and instead the location of the temperature changes is determined exclusively.
Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele werden Ultraschall-B-Bilder erstellt. Dies bietet den Vorteil, daß einer Temperaturänderung ohne weiteres der entsprechende Ort zugeordnet werden kann. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, Ultraschall-A-Bilder anstelle von Ultraschall-B-Bildern zu erstellen. Wellenformen, die denen entsprechen, wie sie zur Erzeugung von Ultraschallbildern in das Objekt eingestrahlt werden, können auch dann verwendet werden, wenn Temperaturänderungen gemessen bzw. detektiert werden, ohne daß Ultraschallbilder erstellt werden.In the case of the exemplary embodiments describedUltrasound B-pictures created. This has the advantagethat a temperature change easily corresponds to theappropriate place can be assigned. Basically there ishowever, the option of using ultrasound A-scans insteadcreate ultrasound B-images. Waveforms thatcorrespond to those used to generate ultrasoundimages can also be irradiated into the objectbe used when temperature changes are measuredor be detected without ultrasound imagesbe put.
Ein zweiter Bildspeicher, der dem Bildspeicher14 gemäßFig. 1 entspricht, kann übrigens erforderlichenfalls auch im Falle der Einrichtung gemäßFig. 2 vorgesehen sein.A second image memory, which corresponds to the image memory14 according toFIG. 1, can, if necessary, also be provided in the case of the device according toFIG. 2.
Bezüglich der Einrichtung gemäß derFig. 1 ist zu sagen, daß diese auch für nichtmedizinische Zwecke verwendet werden kann.With regard to the device according to theFIG. 1 is to say that this also used for non-medical purposes who can to.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4229817ADE4229817C2 (en) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | Method for the non-destructive and / or non-invasive measurement of a temperature change in the interior of a living object in particular |
| FR9310518AFR2695470B1 (en) | 1992-09-07 | 1993-09-03 | Method and device for non-destructively and non-invasively measuring a temperature variation inside an object or in particular a living being. |
| US08/115,557US5370121A (en) | 1992-09-07 | 1993-09-03 | Method and apparatus for non-invasive measurement of a temperature change in a subject |
| JP5221819AJPH06189954A (en) | 1992-09-07 | 1993-09-07 | Nondestructive type, i.e., noncorrosion type measuring device and therapy device for organism |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE4229817ADE4229817C2 (en) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | Method for the non-destructive and / or non-invasive measurement of a temperature change in the interior of a living object in particular |
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| DE4229817A1true DE4229817A1 (en) | 1994-03-10 |
| DE4229817C2 DE4229817C2 (en) | 1996-09-12 |
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